一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统，该系统包括：数据采集与计算模块，其采集井眼轨迹数据，以获取井眼轨道每一位置处的坐标，并根据每一位置处的坐标，确定地质参数和工程参数；粘吸卡钻风险预测模块，其利用每一位置处的地质参数和工程参数，确定该位置处各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，基于各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，得到该位置处的粘吸卡钻风险系数。本发明专利技术系统能够在随钻过程中对全井段任何位置进行粘吸卡钻风险的预测，实时识别卡钻风险并预警，能辅助施工技术人员控制钻井风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油钻井
，尤其涉及一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统。
技术介绍
钻井中由于井眼不可能完全垂直(尤其是随着定向井和水平井的大规模应用，这种情况更是普遍)，当井下钻具静止不动时，在井下压差的作用下，钻柱的一些部位会贴于井壁，与井壁泥饼粘合在一起，静止时间越长则钻具与泥饼的接触面积就越大，由此而产生的粘吸卡钻，又被称为粘附卡钻或压差卡钻。粘吸卡钻会给石油钻井带来很大危害，损失大量钻井时间甚至发生钻具断落等恶性事件。目前进行粘吸卡钻的预测方法包括神经网络法、决策树法、支持向量机法和贝叶斯网络法，这些方法的前提是要使用邻井曾经发生粘吸卡钻的历史案例样本进行预测模型的训练，这对于一个新的区块尚未钻井或历史井很少或历史钻井中尚未发生过类似故障的情况来说，该方法难以适用。即便具备邻井案例样本的情况下，样本量的大小也决定了该方法预测准确度，也就是说历史样本量小的情况下，其预测的准确度很低。另外，该方法所依赖的仅仅是工程参数，所反映的是卡钻“已经产生”的征兆，因此很难实现提前预测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统，该系统在钻井施工过程中能够及时识别粘吸卡钻苗头，从而最大限度避免粘吸卡钻的发生。为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统，该系统包括：数据采集与计算模块，其采集井眼轨迹数据，以获取井眼轨道每一位置处的坐标，并根据每一位置处的坐标，确定地质参数和工程参数；粘吸卡钻风险预测模块，其利用每一位置处的地质参数和工程参数，确定该位置
处各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，基于各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，得到该位置处的粘吸卡钻风险系数。优选地，所述地质参数包括：岩石类型S和地层孔隙压力Pp；所述工程参数包括：井斜角α、钻杆内径dp、钻杆外径DP、井眼直径DH、当前的钻井液密度ρ、钻井液塑性粘度η、钻井液排量Q、钻头位置H和转盘转速Rt。优选地，所述影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量至少包括钻柱静止时间模糊量ξT和钻具所受侧向力模糊量ξ△P。优选地，所述粘吸卡钻风险预测模块利用如下表达式计算钻具所受侧向力模糊量ξ△P： ξ ΔP = 0.05 ΔP , ΔP < 20 1 , ΔP ≥ 20 , ]]>ΔP单位：MPa其中，使钻具紧贴井壁的侧向压差ΔP＝Pc-Pp+PG，Pc为每个深度h点的井眼环空液柱循环压力，Pc是基于参数Q、ρ、α、η、dp、DP计算得到；PG为计算井斜角不为0处的单位长度钻柱浮重在井壁法向的分量， P G = ( 7.8 - ρ ) ( D P 2 - d p 2 ) g D H sin α D P 2 , ]]>其中，g＝10。优选地，所述粘吸卡钻风险预测模块利用如下表达式计算钻柱静止时间模糊量ξT： ξ T = 0.18 T , T < 30 1 , T ≥ 30 , ]]>T单位：min其中，钻柱静止时间T通过钻头位置H和转盘转速Rt的实时变化规律计算得到。优选地，所述影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量还包括以下至少之一：井斜角模糊量ξα、钻具与井壁接触面积模糊量ξs、泥饼质量模糊量ξFL、钻井液负电场模糊量ξζ、钻井液塑性粘度模糊量ξη、泥饼摩阻系数模糊量ξKf。优选地，所述粘吸卡钻风险预测模块利用如下表达式分别确定井斜角模糊量ξα和钻具与井壁接触面积模糊量ξs：ξα＝sinα，α∈[0,π/2]；ξs＝DP/DH。优选地，所述粘吸卡钻风险预测模块利用隶属度函数，分别根据钻井液失水量FL、钻井液电位ζ、钻井液塑性粘度η和井液粘滞系数Kf的大小，确定泥饼
质量模糊量ξFL、钻井液负电场模糊量ξζ、钻井液塑性粘度模糊量ξη、泥饼摩阻系数模糊量ξKf。优选地，所述粘吸卡钻风险预测模块基于各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，利用几何平均算法或加权几何平均算法来确定该位置处的粘吸卡钻风险系数。优选地，还包括以下模块：钻井风险剖面可视化及报警模块，其基于每一位置处的粘吸卡钻风险系数，绘制所述井眼轨道的粘吸卡钻风险曲线，以及在一位置处的粘吸卡钻风险系数大于等于设定门限时，进行报警。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果。本专利技术实施例的系统基于相关地质参数和钻井工程参数，对钻井过程中全井段进行卡钻风险预测，得到体现粘吸卡钻发生概率的量化风险值，在钻井施工过程中及时识别卡钻苗头，便于技术人员采取应对措施，从而最大限度避免粘吸卡钻的发生。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术的技术方案而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统，该系统包括：数据采集与计算模块，其采集井眼轨迹数据，以获取井眼轨道每一位置处的坐标，并根据每一位置处的坐标，确定地质参数和工程参数；粘吸卡钻风险预测模块，其利用每一位置处的地质参数和工程参数，确定该位置处各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，基于各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，得到该位置处的粘吸卡钻风险系数。

【技术特征摘要】
1.一种预测钻柱的粘吸卡钻风险的系统，该系统包括：数据采集与计算模块，其采集井眼轨迹数据，以获取井眼轨道每一位置处的坐标，并根据每一位置处的坐标，确定地质参数和工程参数；粘吸卡钻风险预测模块，其利用每一位置处的地质参数和工程参数，确定该位置处各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，基于各影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量，得到该位置处的粘吸卡钻风险系数。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地质参数包括：岩石类型S和地层孔隙压力Pp；所述工程参数包括：井斜角α、钻杆内径dp、钻杆外径DP、井眼直径DH、当前的钻井液密度ρ、钻井液塑性粘度η、钻井液排量Q、钻头位置H和转盘转速Rt。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述影响因素对产生粘吸卡钻贡献大小的模糊量至少包括钻柱静止时间模糊量ξT和钻具所受侧向力模糊量ξ△P。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述粘吸卡钻风险预测模块利用如下表达式计算钻具所受侧向力模糊量ξ△P： ξ ΔP = 0.05 ΔP , ΔP < 20 1 , ΔP ≥ 20 , ]]>ΔP单位：MPa其中，使钻具紧贴井壁的侧向压差ΔP＝Pc-Pp+PG，Pc为每个深度h点的井眼环空液柱循环压力，Pc是基于参数Q、ρ、α、η、dp、DP计算得到；PG为计算井斜角不为0处的单位长度钻柱浮重在井壁法向的分量， P G = ( 7.8 - ρ ) ( D P 2 - d p 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖莉，杨传书，徐术国，何江，段继男，张好林，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11